電能質(zhì)量分析與案例(電力節(jié)能公司)

電能質(zhì)量概述與節(jié)能案例分析于景定高級工程師/高級能源管理師青海電力節(jié)能效力有限責(zé)任公司電能質(zhì)量概論電能既是一種經(jīng)濟(jì)適用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能源方式，又是一種由電力部門向電力用戶提供，并由供、用雙方共同保證質(zhì)量的特殊產(chǎn)品。電能質(zhì)量根本要求為保證電能平安經(jīng)濟(jì)地保送、分配和運(yùn)用，理想供電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)具有如下根本特性：〔1〕以單一恒定的電網(wǎng)標(biāo)稱頻〔50Hz或60Hz，我國采用50Hz〕、規(guī)定的假設(shè)干電壓等級〔如配電系統(tǒng)普通為110kV,35kV,10kV,380V/220V〕和以正弦函數(shù)波形變化的交流電向用戶供電，并且這些運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)不受用電負(fù)荷特性的影響?！?〕一直堅持三相交流電壓和負(fù)荷電流的平衡。用電設(shè)備汲取電能該當(dāng)保證最大傳輸效率，即到達(dá)單位功率因數(shù)，同時各用電負(fù)荷之間互不干擾?！?〕電能的供應(yīng)充足，即向電力用戶的供電不中斷，一直保證電氣設(shè)備的正常任務(wù)與運(yùn)轉(zhuǎn)，并且每時每刻系統(tǒng)中的功率供需都是平衡的。

電能質(zhì)量三要素上述理想供電系統(tǒng)的根本特性構(gòu)成了供電運(yùn)轉(zhuǎn)對電能質(zhì)量的根本要求，假設(shè)將其概括描畫可如圖1-1所示。電能質(zhì)量特征1、電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量一直處在動態(tài)變化中。2、電力系統(tǒng)是一個整體,其電能質(zhì)量情況相互影響。電能不易儲存，其消費(fèi)、保送、分配和轉(zhuǎn)換直至耗費(fèi)幾乎是同時進(jìn)展的。3、電能質(zhì)量擾動具有潛在危害性與廣泛傳播性。4、有些情況下用戶是保證電能質(zhì)量的主體部分。5、對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量目的進(jìn)展綜合評價非常困難。6、控制和管理電力系統(tǒng)電能質(zhì)量是一項系統(tǒng)工程。電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量的要求1〕電力系統(tǒng)擴(kuò)張與聯(lián)網(wǎng)逐漸構(gòu)成，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平安穩(wěn)定性和可靠性要求不斷提高。2〕在保證電力系一致定的自然壟斷特性的條件下，強(qiáng)化環(huán)境維護(hù)認(rèn)識與提高信息管理程度曾經(jīng)勢在必行。3〕電力系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的結(jié)合更加嚴(yán)密，采用高新技術(shù)〔如TCSC、FACTS、HVDC、Cus-Pow〕以提高電力傳輸才干和實現(xiàn)配電自動化的趨勢方興未艾。4〕電力用戶為滿足其對產(chǎn)品的個性化、多樣性消費(fèi)的需求，從最大經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，在大功率沖擊性、非線性負(fù)荷容量迅速增長的同時，更大規(guī)模地采用科技含量高的器件、設(shè)備與技術(shù)。負(fù)荷類型第一種負(fù)荷分為三類：普通負(fù)荷、敏感負(fù)荷和重要〔要求嚴(yán)厲的〕負(fù)荷。第二種負(fù)荷可分為：感性負(fù)荷、純阻性負(fù)荷、容性負(fù)荷和磁性負(fù)荷。電能質(zhì)量原因電能質(zhì)量定義從普遍意義上講，電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。電力部門能夠把電能質(zhì)量定義為電壓、頻率的合格率以及延續(xù)供電的年小時數(shù)，并且用統(tǒng)計數(shù)字來闡明電力系統(tǒng)是平安可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的。電力用戶那么能夠把電能質(zhì)量簡單定義為能否向設(shè)備提供了合格電力。電能質(zhì)量類型電流質(zhì)量：電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量親密相關(guān)。電流質(zhì)量包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前或滯后、噪聲等。供電質(zhì)量：它包括技術(shù)含義〔電壓質(zhì)量和供電可靠性〕和非技術(shù)含義〔供電部門對用戶贊揚(yáng)與埋怨的反響速度和電力價目的透明度等〕。用電質(zhì)量：它包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義等，如用戶能否按時，如數(shù)交納電費(fèi)等。電壓質(zhì)量：給出實踐電壓與理想電壓間的偏向，以反映供電部門向用戶分配的電力能否合格。電壓質(zhì)量通常包括電壓偏向、電壓頻率偏向、電壓不平衡、電壓瞬變景象、電壓動搖與閃變、電壓暫降〔暫升〕與中斷、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過電壓等。電能質(zhì)量表現(xiàn)方式瞬變景象短時間電壓變動長時間電壓變動電壓不平衡波形畸變電壓動搖工頻變化一、瞬變景象

關(guān)于瞬變景象，IEEEStd100-1992<電氣與電子規(guī)范術(shù)語詞典>有一個含義更寬、描畫更簡單的定義：變量的部分變化，且從一種穩(wěn)態(tài)形狀過渡到另一種穩(wěn)定形狀的過程中該變化逐漸消逝的景象。瞬變景象兩種普遍類型——沖擊和振蕩1、沖擊性瞬變景象沖擊性瞬變是一種在穩(wěn)態(tài)條件下，電壓、電流非工頻的、單極性的忽然變化景象。最常見引發(fā)其的緣由是雷電。如圖1-5示。2.振蕩瞬變景象振蕩瞬變是一種在穩(wěn)態(tài)條件下，電壓、電流的非工頻、有正負(fù)極性的忽然變化景象。常用頻譜成分、繼續(xù)時間、和幅值大小來描畫其特性。其頻譜分為高、中、低頻，如表1-2所示。高頻振蕩景象中頻振蕩景象低頻振蕩景象二、短時間電壓變動

包括電壓暫降和短時間電壓中斷景象。呵斥電壓變動的主要緣由是系統(tǒng)缺點、大容量負(fù)荷啟動或電網(wǎng)松散銜接的間歇性負(fù)荷運(yùn)作。根據(jù)所在系統(tǒng)條件和缺點位置的不同，能夠引起暫時過電壓或電壓跌落，甚至使電壓完全損失。三、長時間電壓變動長時間電壓變動是指，在工頻條件下電壓均方根值偏離額定值，并且繼續(xù)時間超越1min的電壓變動景象。長時間電壓變動能夠時過電壓也能夠欠電壓。過電壓欠電壓繼續(xù)中斷四、電壓不平衡

電壓不平衡，時常定義為與三相電壓〔或電流〕的平均值的最大偏向，并且用該偏向與平均值的百分比表示。電壓不平衡也可利用對稱分量法來定義，即用幅負(fù)序或零序分量與正序分量的百分比加以衡量。圖1－13給出了采用上述兩種比值表示的某一民用潰電網(wǎng)一周內(nèi)電壓不平衡趨勢。五、波形畸變波形畸變，是指電壓或電流波形偏離穩(wěn)態(tài)工頻正弦波形的景象，可以用偏移頻譜描畫其特征。波形畸變有五種主要類型，即直流偏置、諧波、間諧波、陷波、噪聲。諧波畸變程度的描畫方法，通常器具有各次諧波分量幅值和和相位角的頻譜表示。圖1－14給出了典型變速驅(qū)動輸入電流波形和頻譜圖。六、電壓動搖電壓動搖是指電壓包絡(luò)線有規(guī)那么的變化或一系列隨機(jī)電壓變動。通常，其幅值并未超越ANSIC84.1－1995<電力系統(tǒng)與設(shè)備電壓等級>規(guī)定的0.9－1.1p.u.范圍。IEC1000－3－3－1994<低壓供電系統(tǒng)電壓波形和閃變限值〔額定電流<16A的設(shè)備〕>那么定義了多種類型的電壓動搖。七、工頻變化把電力系統(tǒng)基波頻率偏離規(guī)定正常值的景象定義未頻率變化。工頻頻率的值與向系統(tǒng)供應(yīng)電能的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度直接相關(guān)。大規(guī)模互聯(lián)電力系統(tǒng)極少出現(xiàn)頻率大的動搖。有時人們會把陷波和頻率偏向弄錯。電能質(zhì)量的數(shù)學(xué)分析方法電能質(zhì)量主要的分析方法可以分為時域、頻域和基于數(shù)學(xué)變換的分析方法三種。時域仿真方法在電能質(zhì)量分析中運(yùn)用最為廣泛。頻域分析方法主要用于電能質(zhì)量中諧波問題?；跀?shù)學(xué)變換的方法主要指傅立葉變換方法、短時傅立葉變換方法、矢量變換方法以及小波變換方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法。供電電壓偏向電壓是電能質(zhì)量的重要目的之一，其中電壓偏差是衡量供電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)與否的一項主要指標(biāo)。電壓偏向定義供電系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)方式下，某一節(jié)點的實踐電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓(通常，電力系統(tǒng)的額定電壓采用標(biāo)稱電壓去描畫，對電氣設(shè)備那么采用額定電壓的術(shù)語)之差對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)稱為該節(jié)點的電壓偏向。供電電壓正常運(yùn)轉(zhuǎn)方式是指系統(tǒng)中一切電氣元件均按預(yù)定工況運(yùn)轉(zhuǎn)。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，負(fù)荷時辰發(fā)生著變化，系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式也經(jīng)常改動，系統(tǒng)中各節(jié)點的電壓隨之發(fā)生改動，會偏離系統(tǒng)電壓額定值。電壓的這種變化是緩慢的，其每秒電壓變化率小于額定電壓的1%。供電電壓正常運(yùn)轉(zhuǎn)方式電壓偏向的限值35kV及以上供電電壓的正、負(fù)偏向的絕對值之和不超越標(biāo)稱電壓的10%。如供電電壓上下偏向同號時(均為正或負(fù)),按較大的偏向絕對值作為衡量根據(jù)。(2)10kV及以下三相供電電壓允許偏向為標(biāo)稱電壓的±7%。(3)220V單相供電電壓允許偏向為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。電壓偏向產(chǎn)生的緣由電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造隨著運(yùn)轉(zhuǎn)方式的改動而改動，系統(tǒng)缺點等要素都將引起電力系統(tǒng)功率的不平衡。系統(tǒng)無功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本緣由。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的任何時辰，無功電源供應(yīng)的無功功率與系統(tǒng)需求的無功功率相等。系統(tǒng)無功功率不平衡意味著將有大量的無功功率流經(jīng)供電線路和變壓器，由于線路和變壓器中存在阻抗，呵斥線路和變壓器首末端電壓出現(xiàn)差值。以供電線路為例來闡明無功功率與電壓損失的關(guān)系。電力系統(tǒng)的無功功率平衡線路的保送間隔和保送容量電壓偏向過大的危害1、對用電設(shè)備的危害一切用戶的用電設(shè)備都是按照設(shè)備的額定電壓進(jìn)展設(shè)計和制造的。當(dāng)電壓偏離額定電壓較大時，用電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能惡化，不僅運(yùn)轉(zhuǎn)效率低，很能夠會由于過電壓或過電流而損壞。輸電線路的保送功率受功率穩(wěn)定極限的限制，而線路的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。

系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓偏低時缺乏無功電源時頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定破壞時系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓過高呵斥系統(tǒng)解列導(dǎo)致電壓解體也會要挾系統(tǒng)的平安運(yùn)轉(zhuǎn)給消費(fèi)生活到來損失2、對電網(wǎng)的危害電能質(zhì)量治理兩種技術(shù)途徑無功補(bǔ)償諧波治理無功補(bǔ)償〔按電壓分類〕高壓補(bǔ)償，6kV以上；低壓低壓補(bǔ)償，0.4kV以下；對于鐵合金行業(yè)來說，還存在中壓補(bǔ)償〔10kV〕的概念。無功補(bǔ)償〔按補(bǔ)償接入點〕集中補(bǔ)償〔處理力調(diào)電費(fèi)的方法〕分散補(bǔ)償〔小系統(tǒng)的無功優(yōu)化〕就地補(bǔ)償〔無功就地平衡途徑〕無功補(bǔ)償〔按補(bǔ)償安裝的特性〕靜態(tài)無功補(bǔ)償安裝〔如FC，接觸器投切〕動態(tài)無功補(bǔ)償安裝〔SVC，SVG〕TSC：晶閘管投切電容器組；TCR：晶閘管投切電容器電抗器組；SVG：靜止無功發(fā)生器；諧波分類諧波分為：低次、高次；諧波分為：奇次、偶次；諧波分為：諧波電壓、諧波電流；如采用雙向晶閘管〔可控硅〕鍛造加熱爐，就產(chǎn)生偶次諧波，不常見?！持C波治理無源濾波安裝〔針對產(chǎn)生諧波的次數(shù)進(jìn)展濾波，采用的是LC構(gòu)造，治理率60%，主要用于高壓諧波治理〕有源濾波安裝〔檢測電網(wǎng)存在的諧波次數(shù)及波形，發(fā)射一種與之相反的波形，進(jìn)展相互抵消，治理率90%以上，主要用于低壓系統(tǒng)。〕電能質(zhì)量綜合治理APF〔電力有源濾波器〕電能質(zhì)量綜合治理是指低壓系統(tǒng)，既有不規(guī)那么諧波的發(fā)生，有存在大量無功需求，治理時需求雙重思索，就需求采用APF。諧波與無功補(bǔ)償?shù)年P(guān)系電容是諧波的放大源之一。無功補(bǔ)償與諧波治理的目的提高功率因數(shù)，減少系統(tǒng)無功損耗；提升電能質(zhì)量，提高用電平安；節(jié)約電量，節(jié)約電力建立；主要是強(qiáng)調(diào)理約電量與節(jié)約電力建立節(jié)約電力建立的表達(dá)功率因數(shù)可了解為電能的運(yùn)用效率；提高功率因數(shù)，減少無功損耗，就是添加了供電設(shè)備、線路的余量，間接給了設(shè)備與線路進(jìn)展了增容。節(jié)約電量力調(diào)電費(fèi)的問題降低無功損耗〔各種損耗的降低〕降低有功損耗無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量降低有功損耗功率因數(shù)下降值0.950.90.850.80.750.70.65有功損耗增加（%）1123385678104136功率因數(shù)提高值0.60.650.70.750.80.850.90有功損耗降（%）60534638292010功率因數(shù)提高到0.95對降低有功功率損耗的影響見下表功率因數(shù)從0.95降低到下表值功率損耗添加的百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系見下表無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量發(fā)電廠直配線供電時0.03二級變壓供電時0.06三級變壓供電時0.09例如：由發(fā)電廠直配線供電的工廠企業(yè)在進(jìn)展技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時，無功補(bǔ)償減少100kvar無功功率，可折算成減少有功功率3kW;假設(shè)是二級變壓供電的工廠，可以折算成6kW有功損失；三級變壓供電時，折算成9kW有功損失。案例一海南州某礦業(yè)公司存在的主要問題1、現(xiàn)場調(diào)查階段，10kV母線電壓只需9.2kV，低壓側(cè)在365V，電壓值明顯偏低；2、二期高壓電機(jī)啟動，會呵斥由變頻控制的電機(jī)由于系統(tǒng)欠壓跳機(jī)；3、二期只能一條消費(fèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩條消費(fèi)線同時運(yùn)轉(zhuǎn)時，10kV母線電壓只需7kV，嚴(yán)重偏低，導(dǎo)致不能正常消費(fèi)。總體分析：系統(tǒng)無功損耗過大，需求進(jìn)展系統(tǒng)性動態(tài)無功補(bǔ)償配置，減少線路壓降，提高供電質(zhì)量，節(jié)省電費(fèi)支出。導(dǎo)致緣由1、貴單位采用的無功補(bǔ)償為普通型，不是高海拔型，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定與電氣參數(shù)會產(chǎn)生一定的影響；2、一期的系統(tǒng)無功根本上經(jīng)過0.4kV的集中補(bǔ)償?shù)玫嚼硖幚?，但思索到系統(tǒng)電能質(zhì)量的穩(wěn)定與提升，還是需求從負(fù)荷端進(jìn)展處置，減少低壓系統(tǒng)的無功，整體的提升供電質(zhì)量；3、二期的問題主要表達(dá)在以下三點：1〕兩臺475kW的高壓球磨機(jī)沒有補(bǔ)償，經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的計算，該負(fù)荷的功率因數(shù)在0.70，無功太大；2〕1600kVA變壓器的電容補(bǔ)償配置偏小，只需480kvar，對于1200kW的負(fù)荷來說，補(bǔ)償量設(shè)計明顯偏小，需求系統(tǒng)性添加一部分；3〕需求從負(fù)荷端進(jìn)展處置，減少低壓系統(tǒng)的無功，整體的提升供電質(zhì)量。處理方案對兩臺475kW的高壓電機(jī)及10kV電網(wǎng)進(jìn)展無功補(bǔ)償；對全廠＞37kW及其以上的電機(jī)進(jìn)展就地補(bǔ)償，使得無功就地平衡，不發(fā)生到電網(wǎng)上〔變頻控制除外〕；對二期1600kVA變壓器添加一組320kvar高海撥低壓動態(tài)電容補(bǔ)償安裝。經(jīng)濟(jì)效益分析〔55kW水泵就地補(bǔ)償為例〕一臺55kW循環(huán)水泵，年運(yùn)轉(zhuǎn)時間8000小時，現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)如下：有功P=48.7kW，電壓U=372V，電流I=100.78A，功率因數(shù)0.75，將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95，求補(bǔ)償容量？年節(jié)約電量？補(bǔ)償容量Qc=a×P×(tgΦ1-tgΦ2)=26kvara—負(fù)荷系數(shù)；tgΦ1—補(bǔ)償前功率因數(shù)角正切；tgΦ2—補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值。選擇電容配置〔10+20〕kvar的智能型就地?zé)o功優(yōu)化安裝節(jié)約電量計算：根據(jù)無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量系數(shù)表K值取0.09，55kW電機(jī)每小時減少的無功損耗為26kvar，補(bǔ)償系數(shù)為0.85，年節(jié)約的電量為：26kvar*0.09*0.85*8000=15912kWh案例二某鉀肥廠110kV專線，線路間隔150公里以上；一邊消費(fèi)，一邊建立，由于線路過長，受自然災(zāi)禍影響，會出現(xiàn)負(fù)荷動搖，以及低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的形狀；110kV變電站采用三繞組變壓器，110kV進(jìn)線，出線35kV/10kV，35kV/10kV都有負(fù)荷，無功補(bǔ)償在10kV側(cè)；無功配置為2M電抗，6M電容〔分三組〕，手動投切。0.4kV側(cè)的無功補(bǔ)償根本配置到位，但由于質(zhì)量緣由均沒有正常運(yùn)用。存在的主要問題存在力調(diào)電費(fèi)問題；0.4低壓側(cè)功率因數(shù)低于0.60；處理方案在10kV側(cè)增設(shè)一臺4M的SVG(動態(tài)無功補(bǔ)償)或MCR〔磁控電抗器〕，將原先FC運(yùn)轉(zhuǎn)納入SVG控制范疇；將0.4kV低壓側(cè)的無功補(bǔ)償重新、合理配置，正常投入運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)用。案例三某礦業(yè)公司供配電系統(tǒng)為110kV/6kV，動力負(fù)荷占90%以上；由于公司建立得比較早，所以供用電設(shè)備老舊，部分設(shè)備進(jìn)入了國家強(qiáng)迫性淘汰目錄；公司整體的配電網(wǎng)絡(luò)來看，哪里需求用電就從哪里接，短少足夠的規(guī)劃，導(dǎo)致變壓器的配置不合理；0.4kV側(cè)變壓器無功補(bǔ)償配置不到位；由于公司沒有二級或三級計量，一切沒有方法對整個供配電系統(tǒng)的線路及變壓器的損耗進(jìn)展統(tǒng)計分析；處理方案對需求淘汰的設(shè)備進(jìn)展合理性淘汰；對0.4kV側(cè)變壓器的負(fù)荷進(jìn)展統(tǒng)計與分析，加裝無功補(bǔ)償安裝，減少低壓側(cè)無功損耗；對0.4kV側(cè)變壓器及6kV主要設(shè)備按照計量安裝。備注：經(jīng)過二級或三級計量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析出整個系統(tǒng)的線路損耗和變壓器損耗，然后根據(jù)分析的結(jié)果，制定出合理的改造方案。

節(jié)能概念節(jié)約能源簡稱“節(jié)能〞。所謂“節(jié)能〞，是指加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會可以接受的措施，減少從能源消費(fèi)到消費(fèi)各個環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源。目的是提高能源的運(yùn)用效率，用更少的能源投入提供同等的能源效力。節(jié)能三種表現(xiàn)方式構(gòu)造